UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS

Curso de Graduação em Farmácia-Bioquímica

Impacto do uso de adjuntos não maltados nas propriedades

reológicas do mosto de cerveja

Raul Santiago Rosa

Trabalho de Conclusão do Curso de

Farmácia-Bioquímica da Faculdade de

Ciências Farmacêuticas da Universidade

de São Paulo.

Orientador(a):

Prof.(a). Dr(a) Suzana Caetano da Silva

Lannes

São Paulo

2018

SUMÁRIO

Pág.

Lista de Abreviaturas ........................................................................................... 1

RESUMO .............................................................................................................. 2

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................

1.1 A cerveja e seus insumos ...............................................................................

1.2 Reologia ..........................................................................................................

1.21 Reologia na tecnologia cervejeira ................................................................

3

3

6

11

2. OBJETIVOS ....................................................................................................... 14

3. MATERIAL E MÉTÓDOS...................................................................................

3.1 Insumos, equipamentos e descrição de preparo das amostras ......................

3.2 Análise reométrica ............................................................................................

3.2 Análise estatística ............................................................................................

14

14

17

18

4. RESULTADOS .....................................................................................................

4.1 Ensaios rotacionais ............................................................................................

4.2 Ensaios oscilatórios ............................................................................................

20

20

25

5. DISCUSSÃO ......................................................................................................... 28

6. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 30

7. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 32

1

LISTA DE ABREVIATURAS

BJCP

CR

CS

FS

IPA

MAPA

PNA

QMm

QMr

SS VEL

Beer Judge Certification Program

Controlled Rate

Controlled Stress

Frequency Sweep

Indian Pale Ale

Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

Polissacarídeos Não Amiláceos

Quadrado Médio do modelo

Quadrado Médio dos resíduos

Stress Sweep

Viscoelásticidade linear

2

RESUMO

ROSA, R.S. Impacto do uso de adjuntos não maltados nas propriedades reológicas da cerveja. 2018. 34 p. Trabalho de Conclusão de Curso de Farmácia-Bioquímica – Faculdade de Ciências Farmacêuticas – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018. Palavras-chave: reologia, mosto cervejeiro, tecnologia cervejeira, reometria

Reologia é a área do conhecimento que estuda o fluxo da matéria e suas deformações. O entendimento do comportamento de fluídos apresenta importante relevância em processos industriais dos mais variados tipos. Na tecnologia cervejeira, é objeto de indagação o quanto diferentes formulações na produção podem acarretar alterações na composição e quantidade de solutos, modificando suas densidades e viscosidades. Essas alterações podem ter impactos no fenômeno de transporte da matéria, importante no quesito fabril, bem como na percepção sensorial de palatabilidade e características dietéticas, no que concerne ao consumo. Alterações na viscosidade também são de interesse da indústria, visto que este parâmetro tem um papel importante na teoria da filtração. As análises foram realizadas em reômetro oscilatório e rotacional, obtendo-se medidas de três momentos do processo produtivo da cerveja. Todas as determinações foram realizadas em triplicata e submetidas à análise de variância. No presente estudo pretendeu-se analisar o impacto de diferentes insumos cervejeiros em parâmetros reológicos, usando-se como base uma mesma formulação de cerveja, sendo as variações comparadas com o controle. Os adjuntos testados foram centeio, cevada não maltada e sorgo, tendo em vista que tais adjuntos já são usados para conferir à cerveja mais “corpo”, uma descrição sensorial associada com à viscosidade. Como principais resultados destacam-se as diferenças no perfil de curva de fluxo evidenciando maior pseudoplasticidade quando se utiliza centeio, e que a formação de gel em altas taxas de cisalhamento pode ser o motivo mais frequente de problemas na cervejaria. Este trabalho pode contribuir com a criação de uma metodologia que permita maximizar teores de fibras dietéticas e compostos fenólicos sem comprometer o bom andamento do processo de produção.

3

1. INTRODUÇÃO

1.1 A cerveja e seus insumos

A produção de cerveja, apesar de origem objetiva incerta, acompanha a

humanidade desde o fim do período neolítico com o sedentarismo e

desenvolvimento da agricultura (MEUSSDOERFFER, 2009). Popularmente a

cerveja se configura como um fermentado feito á base de infusão de lúpulo em um

mosto de cevada, porém este é um conceito estreito que não inclui a evolução

histórica da cerveja.

As mais antigas evidências da produção de cerveja datam de cerca 2500

a.C do antigo povo sumério, porém o registro escrito mais relevante é Código de

Hamurabi que estabelecia qual era a ração diária de cerveja para cada classe

social, leis de fabricação e comercialização bem como punição para quem

adulterasse o produto. Desde então diversas bebidas à base de grãos se

sucederam até que em 1516 d.C foi promulgada a Lei de Pureza da Cerveja

Alemã (Reinheitsgebot) que definia que para ser cerveja deveria ter como insumos

exclusivamente água, malte e lúpulo (a existência da levedura era desconhecida)

(KUNZE, 2014).

Tecnologicamente a cerveja é produzida a partir de três processos

bioquímicos: a formação de enzimas na germinação do grão (malte), a quebra do

amido em açúcar por algumas dessas enzimas e a fermentação do açúcar em

etanol e gás carbônico (KUNZE, 2014).

O malte é o produto da germinação controlada de cereais, sendo o malte

mais comum e usado em todas as cervejas o de cevada (KUNZE, 2014). A

malteação tem como principais objetivos o aumento no teor de amido do grão,

redução de polissacarídeos não amiláceos (PNA) - como β-glucanos,

arabinoxilanas, pentosanas entre outros - e principalmente obter o máximo teor de

enzimas. Além do malte de cevada são usados o malte de trigo e de centeio e, em

considerável menor proporção, milho, sorgo e aveia (LIMA, 2010;KUNZE, 2014).

O lúpulo (Humulus lupulus) é uma trepadeira dióica da família

Cannabaceae cuja as inflorescências da planta fêmea são usadas como

condimento e conservante na cerveja (HIERONYMUS,2012). Seu valor comercial

4

é devido à lupulina. A lupulina tem dois principais componentes: resinas,

compostas primordialmente de compostos denominados de α-ácidos e β ácidos,

substâncias que são isomerizadas na decocção do mosto secundário em iso-α e

iso-β ácidos, conferindo sabor amargo e atividade anti bactérias gram positivas;

óleos essenciais, responsáveis por características sensoriais diversas. Entre

outros componentes que o uso do lúpulo deixa na cerveja estão polifenóis e

proteínas (HIERONYMUS, 2012; KUNZE, 2014)

O último insumo tradicional da cerveja é a levedura. As leveduras são

organismos aeróbios facultativos que, na ausência de oxigênio, convertem os

açúcares do mosto em etanol e gás carbônico. As espécies usadas mais

largamente na produção de cerveja são Saccharomyces cerevisiae e S.

carsbergensis (KUNZE, 2014). Apesar de vital ela não compõe nenhum processo

bioquímico na produção de mosto, portanto não interfere em suas características

reológicas.

O processo de produção de cerveja tem, portanto, uma grande

longevidade, e suas operações unitárias permaneceram essencialmente

inalteradas por centenas de anos. Mesmo assim o desenvolvimento da tecnologia

cervejeira ainda está em progresso, aprimorando a qualidade condicionadamente

ao estudo das propriedades físicas e bioquímicas da cerveja e seus componentes

individualmente (SEVERA, 2009)

Hoje os ingredientes principais da cerveja ainda são usados, porém com

intuito de reduzir custos ou obter um produto com diferentes características

sensoriais o uso de adjuntos não maltados foi adicionado a cerca de 85-90% das

formulações (ANNEMÜLLER, MANGER, 2013).

Na atualidade a cerveja pode ter uma série de outras fontes de açúcar ou

amido, chamados de adjuntos, além de aditivos que conferem características

particulares ou mais estabilidade ao produto final.

No Brasil a cerveja é regulamentada pela Lei n° 8918/1994 alterada pelo

Decreto n° 6871/2009. Em sua Sessão III destacam-se os seguintes artigos e seus

parágrafos:

5

“Art. 36. Cerveja é a bebida obtida pela fermentação alcoólica do mosto

cervejeiro oriundo do malte de cevada e água potável, por ação da levedura, com

adição de lúpulo. (...)

§ 4o Parte do malte de cevada poderá ser substituído por adjuntos

cervejeiros, cujo emprego não poderá ser superior a quarenta e cinco por cento

em relação ao extrato primitivo.

§ 5o Consideram-se adjuntos cervejeiros a cevada cervejeira e os demais

cereais aptos para o consumo humano, maltados ou não-maltados, bem como os

amidos e açúcares de origem vegetal.(...)“

Os cereais, quando não maltados, possuem grandes quantidades de

polissacarídeos não amiláceos (PNA). Os PNAs são componentes estruturais que

garantem a integridade do tecido, barreira contra penetração de microrganismos e

insetos e manutenção da pressão osmótica. Em alimentos eles controlam as

propriedades reológicas, percepção de textura e são fontes de nutrientes e fibra

alimentar. Os dois principais grupos de PNA são os β-glucanos e pentosanas,

sendo que estas últimas auxiliam tanto na estabilidade de espuma da cerveja

quanto pode causar efeitos indesejáveis como dificuldade na separação de mosto

e formação de turbidez (AUTIO, 2006).

O grão de cereais apresenta PNA nas paredes celulares dos amiloplastos e

na camada denominada aleurona (Figura 1) (ARENDT; ZANNINI, 2013). A

aleurona do centeio é composta por uma camada de apenas uma célula, enquanto

da cevada é de duas ou três. Arabinoxilanas (pentosanas) esterificadas com ácido

ferúlico estão concentrados nesta camada, sendo que a acumulação de

compostos fenólicos confere maior força à aleurona (AUTIO, 2006). A parede

celular das células do endosperma da cevada tem uma composição de 75% de β-

glucanos, 20% de arabinoxilanas e 5% de proteínas (ARENDT; ZANNINI, 2013).

6

Figura 1: Grão de Centeio em corte transversal mediano

Adaptado de Arendt; Zannini, 2013

1.2 Reologia

Reologia é compreendida como uma subseção da física que tem a

deformação e transporte de fluídos como objeto (SCHRAMM, 2006). O estudo do

comportamento de fluxo, no que diz respeito aos processos industriais, visa

aumentar a performance dos equipamentos bem como gerenciamento de

soluções em suas devidas operações unitárias.

Os materiais podem apresentar comportamentos de: sólido ideal, quando a

energia para deformação é completamente recuperada; de líquido ideal, que não

resistem a mínima força e deformam irreversivelmente (escoam), sendo sua

energia dissipada na forma de calor e não recuperada pela remoção da tensão;

fluídos viscoelásticos, compreendem a maior parte dos corpos reais e são

intermediários entre os sólidos e líquidos ideais (SCHRAMM, 2006).

Reologicamente os fluídos são definidos como Newtonianos e não-

Newtonianos. As diferenças levam em conta a relação da tensão de cisalhamento

com a taxa de cisalhamento. Newton descreveu o fluxo de líquidos como um

escoamento laminar, composto de infinitos planos paralelos que deslizam

tangencialmente entre sí quando uma força é aplicada. (Figura 2)

A força aplicada sobre a interface superior do líquido é definida como

tensão de cisalhamento (τ) sendo:

𝜏 =𝑁

𝑚2=Pa

7

Se a força é constante, a velocidade de fluxo é controlada pela resistência

interna do fluído, a viscosidade. A tensão de cisalhamento desencadeia o

escoamento, sendo a maior velocidade na camada virtual mais próxima da

interface e a mais baixa próxima a placa estacionária. Entre elas há um gradiente

de velocidades e seu diferencial é definido como taxa de cisalhamento (γ)

(SCHRAMM, 2006), sendo:

γ =dL

dh=> γ =

msm

=1

s

Figura 2- Modelo de fluxo laminar proposto por Newton.

Adaptado de Schramm, 2006.

Fluídos newtonianos se aproximam dos líquidos ideais e tem uma relação

linear entre tensão e taxa de cisalhamento, na qual a viscosidade (η) é a

constante:

τ = ηγ, com 𝜂 =𝑁

𝑚2. s, ou η = Pa.s

Em fluídos não newtonianos essa relação é não-linear e a viscosidade é

dependente da taxa de cisalhamento, podendo obedecer diferentes modelos

matemáticos. Os líquidos não-newtonianos (Figura 3) podem ter sua viscosidade

aumentada com aumento da taxa de cisalhamento, comportamento raro

denominado de dilatância, ou podem ter sua viscosidade diminuída com o

8

aumento da taxa de cisalhamento, caracterizando os fluídos pseudoplásticos, que

abarcam a maior parte dos alimentos (SCHRAMM, 2006). Um modelo matemático

para fluídos pseudoplásticos é chamado de Lei da Potência que tem como

equação:

τ= 𝑘𝛾𝜂′

Neste modelo τ representa a tensão, k o índice de consistência e η’ o índice

de fluidez. O índice de fluidez (η’), quanto mais próximo está de 1, mais próximo

do comportamento newtoniano o fluído está e mais próximo k está da viscosidade

dinâmica.

Figura 3 – Curva de fluxo (acima) e curva de viscosidade de fluidos dilatantes (1),

newtonianos (2) e pseudoplásticos (3)

Em adição à relação entre tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento

existem alguns líquidos que apresentam uma tensão crítica (ou limite de

escoamento) para o escoamento iniciar (Figura 4). Estes podem ter relação tanto

linear quanto não-linear entre tensão e taxa de cisalhamento e sua estrutura

interna que, sem considerar a variável tempo, impedem o escoamento com

valores de tensão abaixo da tensão crítica (SCHRAMM, 2006). Apenas quando

9

excedida esta tensão que o material passa a se comportar, de fato, como um

líquido. Pseudoplásticos com tensão inicial são descritos como um fluído que

segue o modelo de Herschel-Bulkley e fluídos Newtonianos com tensão inicial são

descritos como plásticos de Bingham, mas serão neste trabalho referidos como

fluídos Newtonianos com tensão inicial. O modelo de Herschel-Bulkley é usado

para descrição da curva de fluxo de diversas bebidas, como sucos (AHMED,

2007) além de maionese e mostarda (TRÁVNÍCEK, 2015) e a equação do modelo

é:

τ= 𝜏ₒ + 𝑘𝛾𝜂′

O modelo de Herschel-Bulkley representa a tensão τ, a tensão inicial 𝜏ₒ, o

índice de consistência k e o índice de fluidez η’. Portanto este modelo é

semelhante à Lei da Potência, porém considera o parâmetro de tensão inicial.

Figura 4 – Tensão inicial ou limite de escoamento em um fluido com

pseudoplasticidade

Outro teste reométrico usualmente realizado em diversos materiais são os

ensaios oscilatórios. Estes trazem informações importantes em fluidos que tem

propriedades viscoelásticas. Os testes oscilatórios se dividem em SS (Stress

Sweep) e FS (Frequency Sweep), ou simplesmente varredura de tensão ou de

amplitude e varredura de frequência.

10

Na varredura de tensão, ao invés de submeter o fluído a uma tensão

constante, aplica-se esta como uma função senoidal no tempo, obedecendo a

função:

τ= 𝜏ₒ. sin (𝜔. 𝑡), sendo ω a velocidade angular

Com a tensão oscilante é possível não perturbar mecanicamente o fluído

viscoelástico, preservando sua estrutura interna. O fundamento teórico por traz da

oscilação forçada é combinar a resposta viscosa, atribuídas aos fluídos, com a

resposta elástica, atribuída aos sólidos. A resposta elástica é descrita pelo modelo

de mola, cuja deformação acontece concomitantemente à tensão: quando a

tensão está no máximo, a deformação também está, em 0° da fase. A resposta

viscosa, por outro lado, é descrita pelo modelo do amortecedor, no qual a

deformação está atrasada em relação à aplicação da tensão, estando 90° fora da

fase (Figura 5).

Figura 5:Deformação de diferentes materiais sob tensão

Os fluídos viscoelásticos apresentam ângulo de fase (ou ângulo de perda)

intermediário entre 0 e 90°, sendo o ângulo de fase dependente da frequência.

Desta forma um fluído newtoniano não apresentará mudança no seu angulo de

fase, visto que o material não tem estruturação elástica para absorver energia

transmitida pela aplicação de tensão, assim como um sólido ideal também não

teria alteração pelo fato da energia necessária para deformação ser

completamente recuperada. Um fluído viscoelástico por ter componentes de

11

ambos terá o angulo de fase alterado com a variação de frequência (SCHRAMM,

2006).

A análise SS permite observar a existência de um intervalo de tensão no

qual o fluído apresenta valores inalterados de ângulo de fase. Este intervalo é

chamado de intervalo de viscoelasticidade linear (VEL). Nesta faixa os coeficientes

dependentes do tempo são constantes, e as equações diferenciais são lineares,

possibilitando a realização de um teste FS no qual as informações obtidas sejam

realmente proporcionais à frequência, sem outros fatores de confusão. A

realização de um teste FS fora do intervalo de VEL gera desvios não considerados

pelos parâmetros definidos no reômetro, enfraquecendo a discussão dos

resultados do teste (SCHRAMM, 2006).

1.2.1 Reologia na tecnologia cervejeira

Na tecnologia cervejeira avaliar o transporte de fluídos e suas

características reológicas é importante para controlar diversos aspectos de

produção, como: funcionamento das bombas, perfil de fluxo em encanamentos,

velocidade de fluxo em trocadores de calor de placas e, principalmente, na

filtração e separação do mosto. Hoje é comum na indústria cervejeira o uso de

mostos com alta densidade (high-gravity) por apresentarem bom custo-benefício

(PIDDOCKE et al., 2011). Mostos mais densos e concentrados tendem a ser mais

viscosos. Outrossim, nos últimos anos, há um crescimento no consumo/produção

de cervejas de categoria especial, buscando a utilização de insumos não

convencionais, adjuntos e aditivos, bem como características primárias distintas,

como maior “corpo” ou formação/retenção de espuma. O segmento de cervejas

especiais que representaram em 2012, 8% do mercado cervejeiro fecharam 2014

com 11% de participação, com projeção de que a cota suba para 20% em 2020

(SEBRAE, 2017). Mundialmente cervejas com adjuntos correspondem a 85-90%

da produção (ANNEMÜLLER, MANGER, 2013). O uso de adjuntos pode alterar o

valor final do produto, tanto pelo malte ser um insumo mais caro que adjuntos não

maltados, quanto pelo fato de que, em alguns países como Japão, a aplicação de

impostos é proporcional ao uso de malte (BRAUN; DISHMAN, 2006)

12

Atualmente adjuntos são descritos como qualquer fonte de extrato com

exceção do malte (ATNAFU, ABEBAW, 2015; BRIGGS et al., 2004). O uso de

adjuntos frequentemente aumenta a viscosidade do mosto (BRIGGS et al., 2004).

A aveia é utilizada para conferir “corpo” e auxiliar na retenção de espuma. Não se

sabe se seu impacto na sensação de volume (fullness) está relacionado com seu

perfil proteico ou presença de β-glucanos. Uma substituição de 20-40% do malte

de cevada por aveia aumenta o teor de β-glucanos e diminui significativamente o

desempenho da filtração (SCHINITZENBAUMER et al., 2012). O centeio tem uma

descrição sensorial semelhante, e seu uso está associado a problemas de

produção devido ao alto teor de pentosanas (GLATTHAR et al., 2006).

Entre as mudanças de composição com impacto em processo a presença

de β-glucanos e pentosanas é a mais significativa, podendo causar mosto viscoso,

separação de mosto (termo referente à separação do líquido açucarado do bagaço

a ser descartado) lenta, diminuição na recuperação de extrato, filtração lenta, risco

de turbidez temporária ou irreversível e maior utilização de filtros (STEINER et al.,

2010). Tais compostos consistem em polissacarídeos unidos por ligações β, e

compõe a parede celular das células vegetais. Soluções aquosas de diferentes

hemiceluloses (um tipo de β-glucano presente nos cereais) a 1% podem formar

géis, e determinações reométricas obtiveram um perfil pseudoplástico com tensão

inicial, demonstrando um comportamento de fluxo não-newtoniano (SOUSA,

2014).

Já foram observados os comportamentos de fluxo newtoniano e

pseudoplástico com ou sem tensão inicial no mosto de cerveja (TRÁVNÍCEK,

2015) (SEVERA, 2009). Essa variabilidade se dá por diferenças na técnica de

extração do mosto bem como na sua formulação e técnicas analíticas.

Concentração de açúcares, teor de β-glucanos e pentosanas entre outros

compostos tem impacto no perfil de escoamento do fluído bem como em

formações de gel (BOGDAN, 2017). Já foi apontado que a aplicação de tensão de

cisalhamento orienta as moléculas de β-glucanos, fazendo-as se alinhar e formar

interações intermoleculares, formando géis (VIS, 1997). O centeio apresenta

muitos problemas de filtração e separação de mosto amplamente descritos, muito

13

possivelmente relacionados com o fato que o malte possui β-glucanases (enzimas

que despolimerizam os β-glucanos), mas carece de enzimas especificas para as

pentosanas, o principal PNA deste cereal (AUTIO, 2006).

Soluções com maiores teores de β-glucanos causam redução do índice de

fluidez, expoente do modelo da Lei da Potência, indicando que sua concentração

é proporcional a pseudoplasticidade. Também foi observado que ocorre formação

de gel inferior no mosto do que na cerveja, pois a presença de maltose parece

inibir a formação do reticulado. O fato de não se fazer clarificação eficiente de

cerveja por centrifugação é pelo fato de aplicação de tensão de cisalhamento

induzir a formação de gel (AUTIO, 2006).

O teor de β-glucanos no grão é proporcional ao seu teor tanto no mosto

quanto na cerveja. A fermentação reduz de 2 a 6% a concentração, e a

microfiltração não causa redução significativa, mesmo tendo seu tempo de

filtração aumentado (VIS; LORENZ, 1997).

Na abordagem nutricional os β-glucanos e pentosanas consistem em fibras

dietéticas. O consumo de 150 mL/dia de cerveja em estudo na Espanha

correspondeu a 1,6% do total de fibras dietéticas e 5% das fibras solúveis

recomendadas. As fibras solúveis atrasam o esvaziamento gástrico, diminuem

absorção de glicose, tem relação com redução dos níveis de colesterol e são

parcialmente fermentadas pela flora intestinal. No caso da cerveja 99% das fibras

são fermentadas por Lactobacillus e Bifidobacterium (PREEDY, 2008). Também já

foi apontado que esses compostos podem ter potencial prebiótico, e que sua

presença na cerveja é dificultada pela falta de interesse devido aos problemas de

fabricação associados (BAMFORTH, 2005).

Em comparação a outras bebidas, o teor de fibras dietéticas solúveis

padrão da cerveja (~2 g/L) é próximo do suco de laranja (1,9 g/L) e maior que o

vinho tinto (1,6 g/L). A ingestão de fibras dietéticas solúveis pode ser significante:

250 mL de cerveja contribuem com 0,5 g de fibras dietéticas solúveis, equivalente

a 125 g de tomate, 166 g de couve de Bruxelas ou 83 g de maçã (PREEDY,

2008). Porém, é importante observar que os valores considerados são para

cervejas claras comerciais e que cervejas feitas com diferentes cereais e técnicas

14

podem ter até 5 vezes mais fibras solúveis (AUTIO, 2006). A ingestão de PNA

também está inversamente associada ao desenvolvimento de síndrome

metabólica (CHEN et al., 2018) e β-glucanos solúveis já se mostraram efetivos em

reduzir colesterol de humanos e camundongos (ANDERSON, 1990).

A matriz de PNA é também onde está contida parte da reserva de polifenóis

encontrados na cerveja (AUTIO, 2006). Cerca de 78 compostos fenólicos já foram

identificados na cerveja (PREEDY, 2008). Durante o processo de malteação parte

das enzimas hidrolisam PNA (principalmente β-glucanos) e também clivam o ácido

ferúlico complexado à matriz, reduzindo o teor desta substância (KUNZE, 2014). A

presença destes compostos, complexados com peptídeos e/ou PNA, foi associada

com maior formação de turbidez temporária ou permanente – atributo que não

altera o sabor, mas tem impacto na percepção visual (STEINER, 2010). Portanto,

uma cerveja com determinadas composições (ainda pouco descritas) de polifenóis

e PNA em excesso podem reduzir a estabilidade coloidal da cerveja. Em

contrapartida os polifenóis podem causar benefícios à saúde, sendo que os

encontrados na cerveja podem conferir um ambiente antioxidante no colón. O

consumo de 150 mL/dia de cerveja comercial na Espanha contribuiu para a

ingestão de 7,2% do recomendado de polifenóis, e com cervejas artesanais ou

com outros cereais este valor pode ser ainda maior (PREEDY, 2008).

2. OBJETIVO(S)

A proposta deste trabalho foi realizar análises reométricas para avaliar o

comportamento de fluxo do mosto cervejeiro, verificando o impacto no uso de

adjuntos não maltados em relação ao controle puro malte.

3. MATERIAL E MÉTODOS

3.1 Insumos, equipamentos e descrição de preparo das amostras

Os insumos cervejeiros utilizados na formulação do controle foram: 100%

malte Pale Ale – Muntons (Reino Unido); lúpulo Citra– Barth Haas (Alemanha);

água potável. As formulações com adjuntos foram: 80% Malte Pale Ale – Muntons

(Reino Unido); 20% adjuntos (cevada não maltada, vendida no Brasil como

15

cevadinha, centeio e sorgo); Lúpulo Citra - Barth Haas (Alemanha); água potável.

Os mostos foram preparados em volumes de 600 mL em caldeira de inox 304

convencional, Tramontina (Brasil). Uma amostra da indústria também foi coletada

por apresentar um total de 30% de adjuntos.

Os adjuntos foram escolhidos por cruzamento de três principais critérios:

presença de PNA, proteínas ou outros componentes que tem impactos na

produção de cerveja descritos na literatura; motivação de uso para obter

determinadas características organolépticas (ex: cerveja “encorpada”); interesse

econômico.

A base usada para preparação da cerveja foi o estilo Double IPA (BJCP,

2015). A preparação do mosto seguiu os passos exibidos no fluxograma (Figura

6), baseados nas técnicas descritas por Kunze (2014). Primeiramente os grãos

foram moídos em moinho de disco. O produto moído foi infusionado em água a

67°C na caldeira primária, onde foi mantido 60 min sob agitação. Nesta

temperatura as enzimas (α e β-amilase) convertem o amido em açúcares,

principalmente maltose, mas também maltotriose, glicose e dextrinas não

fermentáveis (LIMA, 2010).

A conversão total do amido foi verificada por teste do iodo (KUNZE, 2014),

no qual a ausência de coloração escura acusa que o amido foi hidrolisado

completamente. Posteriormente o mosto foi submetido a aquecimento até 78°C

para cessar o processo enzimático e facilitar sua separação. A separação do

mosto inicia com uma recirculação prévia de modo que as cascas dos grãos se

acomodem de maneira a funcionar como filtro das partículas menores. Quando o

mosto se tornou límpido a primeira amostra, com 20 °Brix, foi retirada. Esta etapa

é onde ocorre a maior parte dos problemas associados às características

reológicas do mosto, como redução do fluxo de filtrado e, ocasionalmente,

entupimento.

16

Figura 6- Fluxograma de preparação do mosto

Para garantir a maior recuperação de extrato, enquanto o mosto era

recolhido por baixo da caldeira, água a 78°C foi adicionada aos poucos na parte

superior de modo a “lavar”, ou seja, retirar açúcares adsorvidos no bagaço. Neste

momento foi feita a diluição para 16 °Brix e recolhimento da segunda amostra.

O líquido açucarado já sem os bagaços dos grãos, denominado de mosto

secundário, foi submetido à fervura com adição de 1 g/L de lúpulo para sofrer

decocção por 60 min onde serão isomerizados os α e β-ácidos, conferindo

amargor. Ao final da fervura foi adicionado 2 g/L de lúpulo com intuito de

solubilizar óleos essenciais. Por fim, o mosto foi submetido ao resfriamento com

subsequente decantação dos sólidos. O sobrenadante foi recolhido como a

terceira amostra, com 20 °Brix.

A primeira e a terceira amostras têm a mesma densidade de açúcares,

aferidos por refratômetro. Desta forma é possível avaliar o impacto da adição de

lúpulo e da fervura na reologia dos mostos. A segunda amostra tem uma diluição

de 20% em relação às outras, que por sua vez é interessante para analisar a

influência de maiores ou menores concentrações de açúcar.

17

3.2 Análise reométrica

As características reológicas do mosto foram determinadas em reômetro

MARS Haake II com programa RheoWin3 para análise de dados (Thermo Electron

Corporation, Alemanha), às temperaturas controladas por um banho refrigerado, e

o sensor usado foi tipo placa - placa (PP60 Ti).

Cada formulação possui três amostras, sendo duas do mosto primário com

20 °Brix e 16 °Brix de concentração, e uma do mosto secundário a 20 °Brix. Cada

uma dessas amostras foi submetida à análises reométricas rotacional e oscilatória

em, no mínimo, triplicata. Todos os testes foram repetidos nas temperaturas de

5°C e 15 °C, exceto o sorgo que foi apenas testado a 5 °C.

O ensaio rotacional foi realizado no modo Controlled Stress (CS), de 0 a 0,5

Pa. Neste modo de trabalho é definida uma faixa de tensão de cisalhamento que

será aplicada pelo reômetro e o resultado é a taxa de cisalhamento medida para

cada tensão. Ele foi escolhido pela capacidade de analisar uma faixa com

menores valores de taxa de cisalhamento. Também o modo CS, em comparação

com Controlled Rate (CR), diferenciam melhor fluidos não-newtonianos. A escolha

do sensor placa-placa (Figura 7) foi definida pela presença de material particulado

que causa problemas em medições usando sensor cone-placa, além de poderem

ser usados para medições em baixas taxas de cisalhamento de fluídos que

possuem tensão inicial. O diâmetro mais elevado comparado com alguns sensores

permite uma resolução maior de líquidos pouco viscosos (SCHRAMM, 2006). O

gap, espaço entre as placas paralelas, foi de 0,105 mm, ajustado sempre antes de

cada análise. Como a região entre as placas pode ser definida como um cilindro

de volume V=Hπ.r² sendo H=gap e r= raio da placa do sensor (30 mm) temos um

volume de ~0,30 mL de amostra usada em cada corrida reométrica.

18

Figura 7: Esquema do sensor placa-placa.

As análises oscilatórias usaram o mesmo sensor também no modo CS.

Primeiramente os mostos foram submetidos a uma análise de varredura de

amplitude de 0 a 1 Pa e com frequência fixada em 1 Hz. Neste ensaio é possível

identificar se o fluído possui uma região de viscoelasticidade linear (VEL) e qual a

amplitude limite para que G’ e G’’ invertam sua posição. Caso o mosto possuísse

um intervalo de VEL um teste de varredura de frequência de 0 a 100 Hz com

amplitude fixada em 0,02 Pa foi realizado para obter informações sobre a

microestrutura da formulação.

3.3. Análise estatística

O tratamento de dados e análise estatística foi realizada no software Origin

8.

Os testes CS têm como saída um gráfico tensão de cisalhamento por taxa

de cisalhamento, denominado de “curva de fluxo”. Os resultados são submetidos à

regressão linear e regressão não linear usando o método da minimização da soma

de quadrados dos resíduos. As regressões não lineares tiveram como modelo de

partida a Lei da Potência, com e sem coeficiente linear, visto que o modelo de

Herschel-Bulkley prevê o coeficiente por considerar a tensão inicial. Caso o

modelo que mais se ajustar aos resultados for linear o mosto pode ser descrito

como fluído newtoniano, caso se ajuste mais à regressão não-linear pode ser

descrito como pseudoplástico. A presença de um coeficiente linear positivo,

19

cortando o eixo das ordenadas, indica que o fluído possui uma tensão inicial

abaixo da qual ele não flui.

A variância entre os resultados e o modelo foi analisada utilizando o

parâmetro F-valor por análise de variância. Apesar das regressões lineares

utilizarem normalmente o coeficiente de determinação R² este muitas vezes pode

fornecer um dado estatisticamente fraco para regressões não lineares, com

discussões atuais de que não tem significado nenhum fora do contexto linear.

Outra razão para não usar o coeficiente de determinação R² é a tendência de este

aumentar quando se muda o número de preditores (MEYERS et al., 2012), e o

modelo de Herschel-Bulkley tem um preditor a mais que os outros. Desta maneira

optou-se por utilizar o maior valor de F, calculado a partir da divisão entre

Quadrados Médios do modelo e os Quadrados Médios do resíduo ou

simplesmente F = QMm / QMr. O p-valor, ou nível descritivo, é utilizado para

aceitar ou rejeitar se o modelo se adequa aos resultados, sendo que foi aceita a

adequação se Fcalculado > Ftabelado no nível de significância de 1%. Para

comparar os valores de F, cada conjunto foi submetido ao teste-t pareado no nível

de significância de 5%.

Mesmo altos valores de F podem ser ambíguos para definir se o modelo se

adequa aos dados experimentais, portanto foi usada a análise de resíduos como

critério de exclusão da validez do modelo. Os métodos usados foram a análise de

resíduos padronizados e a análise do “gráfico de resíduos x ordem dos dados”.

Os resíduos (ei) são padronizados (di) pelo cálculo:

𝑑𝑖 =𝑒𝑖

√𝑄𝑀𝑟

Se o resíduo padronizado de alguma regressão tiver um valor não contido

no intervalo [-3,3] ele indica a presença de um outlier. A primeira ação ao

identificar um outlier é a investigação do porquê ele ocorreu, depois verificar se o

modelo precisa ser revisto ou retirado esse outlier (MEYERS et al., 2012).

O gráfico “resíduos x ordem dos dados” tem utilidade para visualizar a

tendência dos resíduos. Caso eles tenham um alto grau de aleatoriedade pode-se

pressupor que há independência nos resíduos e o modelo está bem ajustado. Se

algum comportamento sistemático for observado temos indícios de que alguma

20

outra variável influenciou os resultados do experimento, o que viola premissas da

análise de variância e compromete nossas conclusões.

4. RESULTADOS

O delineamento do trabalho possibilitou comparações entre um mosto de

controle feito só com malte e mostos feitos com 20% de adjuntos. Também a

influência de alguns parâmetros nas características reológicas pôde ser avaliada,

como: temperatura, concentração do mosto e adição de lúpulo/fervura.

4.1. Ensaios rotacionais

O resultado dos ensaios rotacionais é a curva de fluxo de cada um dos

mostos. As regressões para ajustar os dados experimentais aos modelos

matemáticos foram os primeiros passos para a análise dos dados.

A análise visual dos gráficos da curva de fluxo (Figura 8) mostra que, para

uma mesma concentração e temperatura, a taxa de cisalhamento máxima dos

mostos com adjuntos é inferior ao do controle com aplicação de uma tensão igual.

Também em alguns ensaios foi possível observar uma perturbação em altas taxas

de cisalhamento. As curvas de fluxo de ambas amostras a 20 °Brix apresentaram

perfil semelhante ao da figura 8.

Figura 8 –Curvas de fluxo dos mostos (controle 100% malte, com centeio, com

cevadinha) 16 °Brix a 5°C

21

A proximidade entre os dados experimentais e os do modelo estão

apresentados na Tabela 1, expressos em F-valor, sendo que todas as regressões

tiveram um bom ajuste no nível de significância de 1% (p=0,01). Quanto maior F,

mais ajustado aos dados experimentais está o modelo. O modelo newtoniano,

mesmo com o coeficiente linear para considerar o parâmetro de limite de

escoamento, não apresentou em nenhuma amostra o melhor ajuste, contudo a

análise visual do mosto com cevadinha (cevada não maltada) mostra um

comportamento bastante linear no intervalo de 0 a 100 1/s. Os modelos da Lei da

Potência e Herschel-Bulkley dividiram os melhores ajustes no intervalo das taxas

de cisalhamento trabalhado. A diferença global entre as médias dos ajustes dos

mostos, calculados a partir do teste-t, mostrou que a 5°C a Lei da Potência e

Herschel-Bulkley não tiveram diferenças significativas de ajuste no nível de

significância ɑ = 5% e ambos significativamente diferentes da regressão

Newtoniana no mesmo nível de significância. A 15°C a Lei da Potência foi

estatisticamente mais bem ajustada que Herschel-Bulkley e este, por sua vez,

significativamente mais ajustado que o Newtoniano.

Tabela 1 - F-Valor (calculado) da análise de variância entre o modelo e os dados

experimentais.

F 5°C F 15°C F 5°C F 15°C F 5°C F 15°C

Controle 20° brix 544 136 1138 790 1417 499

16° brix 359 139 711 570 544 359

20° brix lupulado 1006 690 2400 1324 2563 1132

Centeio 20° brix 330 405 1221 1665 1198 1461

16° brix 284 2257 609 3679 635 2874

20° brix lupulado 294 1535 646 2199 611 2398

Cevadinha 20° brix 486 2575 813 3494 674 3213

16° brix 268 875 463 1827 500 1211

20° brix lupulado 571 986 1286 2929 992 1903

Sorgo 20° brix 684 1258 1165

20°brix lupulado 1463 957 1896

Teste-t 5°C Herschel = Lei da Potência > Newtoniano

α < 0,05 15°C Lei da Potência > Herschel > Newtoniano

Herschel-BulkleyNewtoniano Lei da Potência

22

Considerando que os modelos da Lei da Potência e Herschel-Bulkley

apresentaram maiores ajustes em relação aos dados experimentais, a Tabela 2

contém os valores do expoente, denominado de índice de fluidez (η’), obtido nas

regressões. Quanto mais próximo de 1, menor a concavidade da curva e mais

próximo da reta (entenda-se mais próximo do modelo newtoniano) a curva de fluxo

se aproxima.

Na temperatura de 5°C o controle tem um índice de fluidez diferente de 1,

mostrando algum grau de comportamento não newtoniano tanto no modelo da Lei

da Potência quanto em Heschel-Bulkley. Os mostos com centeio tiveram η’ ainda

menor, e a cevadinha e o sorgo bastante semelhante ao controle no modelo da Lei

da Potência. Considerando os índices de fluidez obtidos na regressão Herschel-

Bulkley, o mosto de centeio se mantem com η’ inferior enquanto a cevadinha e

sorgo tem valores maiores que o controle, sendo assim mais próximas do

comportamento de fluxo newtoniano. Comparando os mostos de centeio e

cevadinha entre as temperaturas de 5°C e 15°C o valor de η’ aumentou. Nas

amostras 20 °Brix e 16 °Brix do controle a 15°C, em altas taxas de cisalhamento, o

ruído obtido na curva (possível formação de um gel) como pode ser visto na

Figura 9, o que impossibilitou a realização de regressões adequadas segundo a

análise de resíduos.

Tabela 2. Valores de índice de fluidez (η’) nas temperaturas de 5 e 15°C

obtidos nas regressões não lineares.

η' 5°C η' 15°C η' 5°C η' 15°C

Controle 20° Brix 0,50491 0,34205* 0,69255 0,32648*

16° Brix 0,52268 0,38894* 0,71027 0,39015*

20° Brix lupulado 0,64938 0,62048 0,78331 0,78135

Centeio 20° Brix 0,4189 0,48629 0,56355 0,65425

16° Brix 0,34775 0,85939 0,59033 0,96249

20° Brix lupulado 0,35995 0,68966 0,58994 0,86095

Cevada 20° Brix 0,68252 0,86557 0,86097 1,00546

16° Brix 0,30941 0,79105 0,63441 0,86917

20° Brix lupulado 0,65536 0,73964 0,77922 0,78093

Sorgo 20° Brix 0,5882 0,7654

20° Brix lupulado 0,7451 0,9525

* Modelo mal ajustado por análise de resíduos

Lei da Potência Herschel-Bulkley

23

Considerando o modelo newtoniano (considerando a tensão inicial, como

um plástico de Bingham) para comparação, os parâmetros de cada mosto são

descritos na Tabela 3 abaixo.

Tabela 3: Valores dos parâmetros obtidos na regressão linear (γ para taxa

de cisalhamento, τₒ para tensão inicial e η’ para viscosidade)

Em todas as amostras é possível inferir que a viscosidade é proporcional à

concentração do mosto. Os mostos com centeio e cevada apresentaram mais

resistência ao fluxo que o controle, com exceção do mosto de cevadinha 20 °Brix

a 5°C no qual a taxa de cisalhamento foi maior.

Ainda analisando a Tabela 3, em 5°C a média da viscosidade dos mostos

com 20 °Brix (primário e secundário) foi semelhante, sendo que a viscosidade do

centeio foi 4% maior que a viscosidade do controle e a cevadinha foi até 5%

menor. Já com os mostos 16 °Brix os adjuntos apresentaram maior viscosidade,

sendo o centeio foi 116% maior que o controle e a cevadinha 93% maior. Em

15°C também se mostraram contribuindo mais para a viscosidade, sendo que na

média dos mostos com 20 °Brix a viscosidade do centeio foi 85% maior do

controle, a da cevadinha 63% maior. Nas amostras com 16 °Brix a 15°C o centeio

5°C 15°C 5°C 15°C 5°C 15°c

Controle 20° Brix 4,05 1,28 82,01 145,93* 102,2593 254,517349

16° Brix 1,77 1,13 74,65 105,95* 214,5753 337,026632

20° Brix lupulado 4,65 2,6 61,19 63,71 95,33874 161,836019

Centeio 20° Brix 4,57 3,52 95,52 85,85 84,63718 122,028755

16° Brix 3,83 3,08 99,34 27,39 110,8717 148,853612

20° Brix lupulado 4,52 3,66 96,89 54,22 83,81635 120,485631

Cevadinha 20° Brix 3,81 3,38 55,94 27,67 121,5234 140,705867

16° Brix 3,14 2,28 14,02 37,19 149,6992 204,980169

20° Brix lupulado 4,48 2,96 60,56 45,62 103,3762 151,327281

Sorgo 20° Brix 2,26 68,21 192,8303

20° Brix lupulado 2,17 56,38 208,4706

* Modelo mal ajustado por análise de resíduos

γ para 0,5Pa (1/s)η (mPa.s) τ ₒ mPa

24

foi 172% maior e a cevadinha 101% maior que o controle. O sorgo apresentou

uma viscosidade 50% menor que o controle.

O efeito da temperatura no limite de escoamento (τₒ) atuou diminuindo-o

nos mostos com adjuntos. No controle este valor foi maior para a temperatura de

15°C, porém isso se deve a um mau ajuste dos primeiros pontos da regressão,

verificado por uma tendência linear no começo do gráfico “resíduos x ordem de

coleta dos dados”. Entretanto o dado mais relevante é que os valores de limite de

escoamento são sempre muito baixos. A título de comparação o limite de

escoamento do Ketchup é próximo de 15 Pa (SCHRAMM, 2006), mais de 150

vezes a média dos valores aferidos neste trabalho.

Figura 9: Curva de fluxo para a amostra controle 20 °Brix, 15°C, com

formação de gel em altas taxas de cisalhamento.

Na curva de fluxo da Figura 9 é possível também ver uma perturbação na

região com maior taxa de cisalhamento (em torno de 200 1/s), devido à possível

formação de gel por aplicação de tensão como já descrito por SOUSA(2014), para

soluções com hemiceluloses. A porção inicial (0 a 150 1/s) apresenta bom ajuste

ao modelo da Lei da Potência com curvatura característica de pseudoplástico.

Comparando o mosto primário com o secundário, cujas concentrações são

20 °Brix, os valores de viscosidade não apresentam diferenças significativas (ɑ =

25

0,05). Entretanto a taxa de cisalhamento máxima é menor no mosto secundário,

provável efeito da concavidade da curva que o modelo Newtoniano não considera.

4.1. Ensaios oscilatórios

As análises SS, ou varredura de tensão tem como saída um gráfico que

apresenta os módulos de armazenamento e perda (G’ e G’’) bem como o ângulo

de perda, definido como tgα=G’’/G’, dado em graus.

Em todas as amostras foi possível observar a inversão de módulos (Figura

10). Em baixas tensões o módulo de armazenamento é maior que o módulo de

perda, indicando um caráter de comportamento elástico maior que o viscoso. Com

o aumento da tensão os módulos se invertem, e o ângulo de perda começa a ter

seu valor aumentado.

Figura 10: Varredura de amplitude da amostra controle 20 °Brix a 5°C

Também na Figura 10 é possível observar o intervalo de VEL, no qual o

ângulo de perda não se altera com o aumento da amplitude (tensão). Este

fenômeno ocorreu nas amostras em pequena escala, com intervalo de VEL

26

pequeno. Entretanto o intervalo de VEL da amostra da indústria coletada (Figura

11) apresentou uma curva clássica de VEL com uma inversão de módulos

ocorrendo a maior tensão. Esta amostra continha 30% de adjuntos, 50% a mais

que as formuladas no laboratório. Em altas tensões as amostras apresentaram

pequenas diferenças entre o módulo viscoso e o elástico, com inversão do

comportamento inicial (predominantemente elástico). O intervalo de VEL da

amostra da indústria ocorre em 20° de ângulo de fase, cerca de 10° a menos que

a apresentada na figura 10, mostrando que o aumento de adjuntos resultou em um

mosto com um componente elástico maior (mais próximo de um sólido ideal).

Outra grande diferença entre os resultados dos mostos produzidos com o da

indústria é a diferença entre os valores dos módulos no primeiro platô de VEL com

o segundo: na Figura 10 é possível ver que G’ vai de aproximadamente 0,1 Pa

para 0,005 Pa (20 vezes menor) e o G’’ começa em aproximadamente 0,08 Pa e

reduz para cerca de 0,025 Pa (3,2 vezes menor). A escala de diferença na Figura

8 é extremamente maior, indo de cerca de 9000 Pa para 0,05 Pa (180 mil vezes

menor) para G’ e de 3000 Pa para cerca de 0,15 Pa (20 mil vezes menor) em G’’.

Isso indica que a transformação mais profunda de caráter predominantemente

elástico para predominantemente viscoso que ocorre quando se aumenta o teor

de adjuntos na formulação e que o uso de adjuntos nesta amostra desencadeou

em um fluído com maior estruturação. Não foi possível colocar os gráficos na

mesma escala sem prejudicar a observação dos dados.

27

Figura 11: Varredura de tensão - Amostra da indústria (30% de adjuntos) a

5°C

Na última análise foram os ensaios FS, ou de varredura de frequência. A

viscosidade complexa apresentada na Figura 12, vai decaindo com aumento da

frequência, evidenciando a pseudoplasticidade de todas as formulações de mosto

até aproximadamente 10 Hz. Entretanto em frequências ainda maiores que 10 Hz

há uma inversão e a viscosidade complexa volta a subir de maneira abrupta,

indicando a ocorrência de uma possível formação de gel por cisalhamento.

Também é possível reparar que a taxa de variação da viscosidade complexa no

controle foi inferior, indicando que os adjuntos influenciam no comportamento não-

newtoniano do mosto. Os módulos de armazenamento têm sempre maiores

valores que os módulos de perda (exceto em um ponto do controle), e a inclinação

mais pronunciada do controle puro malte indica menor força de estruturação do

fluído.

28

Figura 12: Viscosidade complexa (η*) e módulos de armazenamento e

perda obtidos no ensaio de Varredura de frequência de amostras com 20 °Brix de

mosto secundário a 5°C

5. DISCUSSÃO

Apesar da geração de modelos matemáticos para visualizar e analisar os

comportamentos de fluxo de formulações contendo diferentes adjuntos, uma

considerável limitação do estudo é a falta de dados sobre a composição destes

cereais. Os cultivares tem diferenças em sua composição de acordo com variáveis

como solo, época de colheita, chuvas etc que podem fazer com que um mesmo

adjunto apresente resultados diferentes de acordo com produtor/região/variedade

(LIMA, 2010).

Além disso, sabe-se que o aumento no índice de fluidez e perfil de fluxo

tem relação com componentes específicos dos cereais, como PNA e proteínas

(AUTIO, 2006). Desta forma, para uma compreensão mais profunda sobre a

natureza do motivo que altera o fluxo, relações quantitativas entre os

componentes centesimais e viscosidade trariam informações mais precisas.

Com base nas curvas de fluxo dos ensaios rotacionais é possível afirmar

que em baixas taxas de cisalhamentos o comportamento dos mostos pode ser

descrito como não newtoniano, como já observado em mostos de cerveja puro

malte por Trávnícek(2015) e Severa(2009). Os adjuntos influenciaram na

viscosidade aumentando-a, resultando em menor taxa de cisalhamento para a

29

mesma tensão. O centeio teve efeito de aumentar a concavidade da curva,

expresso em valores de η’, distanciando ainda mais do comportamento

newtoniano. A cevada não maltada não teve efeito significativo sobre η’, somente

na viscosidade dinâmica (η). O mosto com sorgo apresentou menor viscosidade e

índice de fluidez η’ maior, indicando que suas características reológicas favorecem

o transporte de matéria e a processabilidade.

O resultado dos ensaios oscilatórios ofereceu uma compreensão melhor de

observações decorrentes dos ensaios rotacionais. O aumento do ângulo de fase

na totalidade das amostras forneceu um dado inovador que permite afirmar que

existe pseudoplasticidade no mosto da cerveja. O mosto da indústria, que teve

maior porcentagem de adjuntos, apresentou um intervalo de VEL maior em

comparação com as outras amostras. Na varredura de frequência foi possível

observar uma tendência das características viscosas superarem as elásticas com

o aumento da frequência de 0 à 10 Hz, porém a partir de 10 Hz ocorre inversão

com aumento abrupto da viscosidade complexa, indicando reticulação da estrutura

e possível formação de gel.

Os resultados ajudam em um melhor entendimento da natureza de diversos

problemas que ocorrem na cervejaria. Na etapa de elaboração do projeto deste

trabalho a hipótese era de que talvez o limite de escoamento causava fluxo

interrompido na separação de mosto, porém após a realização dos testes

reométricos verificou-se que os mostos possuem valores de limite de escoamento

muito baixos. O aumento de viscosidade complexa obtido nos ensaios FS em

frequências maiores que 10 Hz indica que ocorre formação de gel, fator que pode

causar fluxo reduzido ou entupimento nos procedimentos de separação e

transporte de mosto. Isso é corroborado pelo o ruído em taxas de cisalhamento de

cerca 200 1/s nos ensaios rotacionais, justamente uma taxa encontrada no

escoamento em tubulações industriais.

A reometria pode ser uma ferramenta importante tanto no desenvolvimento

de novas cervejas quanto no controle de qualidade. Devido ao interesse em se

produzir cervejas com adjuntos (ANNEMÜLLER, MANGER, 2013), seja por

motivação de obter um sabor diferente ou para conferir fibras dietéticas solúveis e

30

compostos fenólicos, pode-se testar a formação de gel em pequena escala para

saber o máximo teor de adjuntos sem causar comprometimento do processo.

Como os grãos apresentam diferentes teores de PNA de acordo com safra,

cultivar, região entre outros parâmetros, uma indústria que mudou de fornecedor

pode aferir a qualidade dos grãos e planejar a produção a partir de ferramentas

reométricas. Os testes podem dar informações sobre a estrutura do mosto em

pequena escala, facilitando um scale-up consciente e planificado que irá evitar

problemas em grandes dimensões, que costumam ser onerosos.

O sorgo não possui grandes quantidades de PNA (AUTIO, 2006) e os

testes rotacionais mostraram que o uso deste adjunto no teor de 20% resultou

num mosto de alta processabilidade (pouco viscoso, baixa pseudoplasticidade e

sem formação de gel observada em testes rotacionais) e que seu uso, hoje

praticamente restrito ao continente africano, pode ser mais explorado.

O crescente aumento do mercado de cervejas especiais no Brasil,

protagonizado por pequenos produtores, está tensionando as grandes indústrias à

também oferecerem produtos da categoria (SEBRAE, 2017) ou adquirir as

pequenas companhias. É uma oportunidade para se desenvolver tecnologias para

a produção de cervejas com maiores teores de fibras e compostos fenólicos,

oferecendo benefícios e complementando a dieta se consumidos com moderação

(PREEDY, 2008), de maneira análoga ao papel do vinho na dieta mediterrânea.

6. CONCLUSÕES

Foi possível estabelecer que há diferenças mensuráveis entre mostos

elaborados com diferentes formulações, contendo ou não adjuntos. A

pseudoplasticidade do mosto elaborado com centeio foi maior que o controle,

enquanto o mosto com sorgo apresentou comportamento mais próximo do

newtoniano que o controle, ambos avaliados pelo índice de fluidez (η’). A

quantidade de adjuntos quando comparada entre amostra controle e a da indústria

se mostrou importante, aumentando a elasticidade e o intervalo de VEL.

Os parâmetros obtidos na reometria podem ser usados como controle de

qualidade do mosto. A processabilidade, ou seja, rápida separação, clarificação e

31

filtração do mosto e sem entupimentos, é inversamente proporcional à

viscosidade, tamanho do intervalo de VLE, pseudoplasticidade (de acordo com o

índice de fluidez η’, expoente no modelo da Lei da Potencia) e à viscosidade

complexa, justificados nas diferenças encontradas nos mostos avaliados. A

formação de gel observada em alguns resultados deste trabalho é uma

característica que precisa ter seu impacto ainda melhor elucidado, principalmente

na produção.

Em análises de rotina de controle de qualidade de maltes e adjuntos

cervejeiros, na indústria, a única medida reológica que é realizada é a viscosidade

cinemática do mosto primário, um dado pontual obtido em viscosímetro capilar,

sendo insuficiente para compreensões mais completas sobre o comportamento

estrutural. Neste trabalho foi possível observar maiores ajustes ao modelo da Lei

da Potência, indicando que a viscosidade do mosto de cerveja é dependente de

sua taxa de cisalhamento. O mosto, durante sua produção, é submetido a

diferentes taxa de cisalhamento (escoamento em tubulações, bombas, filtros,

repouso, etc), portanto medidas de viscosidade dinâmica são mais indicadas que

de viscosidade cinemática, para compreender o que ocorre em diferentes faixas

de taxa de cisalhamento. A estruturação e formação de géis - principalmente

quando se tratam de formulações com adjuntos ou ingredientes não convencionais

- como aqui mostrado, é bem trabalhada através da reologia oscilatória.

A compreensão do impacto do uso de cereais não maltados na reologia do

mosto possibilita o planejamento tecnológico. Se aliar os dados obtidos na

reometria com futuros testes de tempo de separação de mosto ou tempo de

filtração abre-se caminho para criação de uma tabela de valores críticos de

processo. As ferramentas reométricas podem auxiliar na obtenção do maior teor

possível de fibras ou compostos fenólicos sem causar problemas de fabricação.

32

7. BIBLIOGRAFIA

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